一種基于強度調制探測光的相干布里淵光時域分析傳感系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及的是一種分布式光纖傳感領域中的布里淵光時域分析傳感系統，具體 是一種基于強度調制探測光且可進行相干檢測的布里淵光時域分析傳感系統。
【背景技術】
[0002] 基于光纖中后向布里淵散射信號進行溫度及應力傳感在近幾十年來受到廣泛 關注。相對于電傳感器及光纖光柵傳感器而言，其主要優(yōu)勢在于更長的傳感距離（可達 l〇〇km)，更高的空間分辨率（可達Icm)以及利用傳輸光纖本身作為傳感器。常見的基于后 向布里淵散射效應的分布式光纖傳感技術有布里淵光時域反射傳感技術和布里淵光時域 分析傳感技術。布里淵光時域反射傳感系統結構相對簡單，但信噪比較低，布里淵光時域 分析傳感系統可以很大程度上提高信噪比，從而實現更長的傳感距離。常見的布里淵光時 域分析傳感系統往往采用10~IlGHz的微波信號作為掃頻信號，并采用直接探測的方式。 帶來的問題一是對微波源有較高的要求，二是直接探測信噪比較低。不同于直接探測的方 式，相干探測的方式可以大幅度提高信噪比，目前已知的相干布里淵光時域分析傳感系統 主要有以下兩類：l)AnderZornoza等人于2012年提出的利用微波整形電脈沖通過電光強 度調制器外調制光載波產生頻移泵浦光，再利用射頻信號通過電光強度調制器外調制光載 波產生信號光；2)MichelDossou等人于2013年提出的利用級聯的電光強度調制器產生信 號光。方法1)利用邊帶光作為泵浦光會因為泵浦消耗不能動態(tài)補償導致非本地效應，方法 2)中利用電光強度調制器進行載波抑制調制，會因為載波抑制比低從而引入相干噪聲，同 時載波抑制產生的多個邊帶會惡化系統的性能。

【發(fā)明內容】

[0003] 鑒于現有技術的以上不足，本發(fā)明的目的是提供一種基于強度調制探測光的相干 布里淵光時域分析傳感系統。將光源產生的光載波分為兩路，其中一路被電脈沖外調制，產 生脈沖泵浦光；另外一路被9. 6GHz的微波信號通過工作在載波抑制點的電光強度調制器 外調制產生載波抑制的兩個一階邊帶（即本地光），由于電光強度調制器載波抑制比高，產 生的邊帶比電光強度調制器少，所以可以減少相干噪聲和消除多邊帶對系統性能的影響。 參考光被I. 1~I. 3GHz的射頻信號通過電光強度調制器進一步調制產生對稱的一階邊帶 作為連續(xù)信號光。對稱的信號光可以有效補償泵浦的消耗，減小非本地效應。
[0004] 本發(fā)明的目的是基于如下分析和方案提出和實現的：
[0005] -種基于強度調制探測光的相干布里淵光時域分析傳感系統，其特征在于，激光 器1輸出中心頻率為fQ的光載波通過50:50光耦合器2分為兩路；一路經過偏振控制器 3后被微波信號發(fā)生器5產生的微波信號通過工作在載波抑制點的電光強度調制器4外 調制；微波信號發(fā)生器4的輸出信號頻率為fw;電光強度調制器4的輸出光為中心頻率為 fQ±9. 6GHz的兩個一階邊帶，經過偏振控制器6后被射頻信號發(fā)生器7產生的射頻信號通 過電光強度調制器8外調制；射頻信號發(fā)生器7的輸出頻率為fs;電光強度調制器8的輸出 光經過摻鉺光纖放大器9的光信號放大和擾偏器10的偏正態(tài)快速擾動后，作為連續(xù)探測光 通過光隔離器11送入測試光纖12 ;另一路經過偏振控制器13后被脈沖信號發(fā)生器15產生 的脈沖信號通過電光強度調制器14外調制后產生脈沖光，該脈沖光被摻鉺光纖放大器16 放大后作為脈沖泵浦光通過光環(huán)形器17進入測試光纖12。連續(xù)探測光與脈沖泵浦光作用 后順序經過布拉格光柵18、光電探測器19、帶通濾波器20得到載頻為fs的分量，該分量經 過低噪聲放大器21的放大后，加載在該載頻上的幅度信息被IQ解調器22解調，IQ解調器 解調出的I路及Q路信號被數據采集卡23采集。
[0006] 這樣，在本發(fā)明系統中，激光器1輸出的光載波中心頻率為&，該光載波通過 50:50耦合器2分為兩份，一份被脈沖信號發(fā)生器14產生的電脈沖通過電光強度調制器14 外調制成脈沖光作為系統的泵浦光。另一份被工作在載波抑制點的電光強度調制器4外調 制成頻率為的兩個一階邊帶，作為系統的本地光，其中為微波信號發(fā)生器4的固 定輸出頻率。本地光進一步被由射頻信號發(fā)生器7驅動的電光強度調制器8外調制，產生 頻率為fQ土fw±fs的對稱邊帶，其中fVU+fVSfVU-f；分量作為系統的探測光，fs為射 頻信號發(fā)生器7輸出的可調諧頻率。探測光與泵浦光在光纖中相互作用且經過布拉格光柵 的濾波之后，到達光電探測器19的光場表達式為：
[0007]
【主權項】
1. 一種基于強度調制探測光的相干布里淵光時域分析傳感系統，其特征在于，激光器 (1)輸出中心頻率為f Q的光載波通過50:50光耦合器（2)分為兩路；一路經過第一偏振控 制器（3)后被微波信號發(fā)生器（5)產生的微波信號通過工作在載波抑制點的第一電光強度 調制器⑷外調制；微波信號發(fā)生器（5)的輸出信號頻率為f w;第一電光強度調制器（4) 的輸出光為中心頻率為f〇±9. 6GHz的兩個一階邊帶，經過第二偏振控制器（6)后被射頻信 號發(fā)生器（7)產生的射頻信號通過第二電光強度調制器（8)外調制；射頻信號發(fā)生器（7) 的輸出頻率為f s;第二電光強度調制器（8)的輸出光經過摻鉺光纖放大器（9)的光信號放 大和擾偏器（10)的偏正態(tài)快速擾動后，作為連續(xù)探測光通過光隔離器（11)送入測試光纖 (12);另一路經過第三偏振控制器（13)后被脈沖信號發(fā)生器（15)產生的脈沖信號通過第 三電光強度調制器（14)外調制后產生脈沖光，該脈沖光被摻鉺光纖放大器（16)放大后作 為脈沖泵浦光通過光環(huán)形器（17)進入測試光纖（12)。連續(xù)探測光與脈沖泵浦光作用后順 序經過布拉格光柵（18)、光電探測器（19)、帶通濾波器（20)得到載頻為f s的分量，該分量 經過低噪聲放大器（21)的放大后，加載在該載頻上的幅度信息被IQ解調器（22)解調，IQ 解調器解調出的I路及Q路信號被數據采集卡（23)采集。
2. 根據權利要求1所述之一種基于強度調制探測光的相干布里淵光時域分析傳感系 統，其特征在于，所述微波信號發(fā)生器（5)的輸出信號頻率固定為9. 6GHz。
3. 根據權利要求1所述之一種基于強度調制探測光的相干布里淵光時域分析傳感系 統，其特征在于，射頻信號發(fā)生器（7)的輸出頻率&在1. 1~1. 3GHz范圍內可調諧。
4. 根據權利要求1所述之一種基于強度調制探測光的相干布里淵光時域分析傳感系 統，其特征在于，采用快速IQ解調器進行幅度和相位解調。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于強度調制探測光的相干布里淵光時域分析傳感系統。在該系統中，泵浦光由電脈沖信號驅動電光強度調制器外調制光載波產生，本地光由微波信號驅動工作在載波抑制點的電光強度調制器外調制同頻光載波產生，對本地光通過電光強度調制器外調制產生對稱邊帶作為探測光，電光強度調制器由頻率可調的射頻信號驅動。探測光兩個分量分別同時掃描泵浦光的布里淵增益區(qū)和損耗區(qū)，其被布里淵增益譜幅度調制的同時可以動態(tài)補償泵浦光的消耗從而減小非本地效應。探測光與本地光通過光電探測器拍頻，將布里淵增益譜信息加載到GHz的高頻載波上來避免基帶噪聲損傷，同時利用相干檢測提高了整個系統的信噪比。
【IPC分類】G01D21-02, G01K11-32, G01L1-24
【公開號】CN104655185
【申請?zhí)枴緾N201510001993
【發(fā)明人】閆連山, 李宗雷, 邵理陽, 張志勇, 潘煒, 羅斌
【申請人】西南交通大學
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2015年1月4日